Dica trentatré!

Captare e analizzare i suoni provenienti dall’interno del motore aeronautico grazie a raffinati sensori e avanzati sistemi di prognostica per rendere ancora più affidabile e sicuro il futuro del volo.

settembre 2018

"Nella vita di tutti i giorni, ci troviamo a eseguire diagnosi usando i nostri sensi : possiamo individuare eventuali patologie attraverso la verifica dei sintomi. Allo stesso modo, le vibrazioni di una macchina generano determinati suoni, o emissioni vibratorie, a seconda della loro condizione di funzionamento e dello stato meccanico: percepirli con chiarezza è uno dei metodi più efficaci per capire quando qualcosa non funziona a dovere. Per riuscire a fare questo, sviluppiamo abilità e processi di verifica analoghi a quelli che avvengono naturalmente nelle nostre orecchie e nel nostro cervello”. Usa queste parole Paolo Calza, il Systems Design Technologies Manager di Avio Aero, per spiegare il senso del lavoro del suo team.

In effetti, ci comportiamo quasi tutti così: quando fermiamo e controlliamo l’auto se diventa troppo rumorosa o mettiamo dell’olio sulle porte cigolanti. Siamo normalmente circondati da suoni che misuriamo ed elaboriamo, e che registriamo nella mente classificandoli per tipologia e intensità. Quando invece percepiamo dei suoni improvvisi, strani o sospetti, capiamo che qualcosa non va.

Inoltre, siamo capaci di allenare e istruire il nostro udito, per renderlo ancora più efficiente. Ad esempio possiamo accordare gli strumenti musicali, i medici possono usare lo stetoscopio affinandosi nella verifica di respirazione e battito del cuore; così anche i tecnici che provano motori (o componenti  di motori) aeronautici possono interrompere immediatamente i test prima di incorrere in gravi guasti qualora avvertissero un rumore sospetto.

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La sfida intrapresa da Paolo Calza, e da tutto il team, è perfezionare l’affidabilità delle macchine, e computer, che possono individuare tali suoni e prevenire “guasti incipienti”. Lo sviluppo dei sistemi di monitoraggio Prognostics and Health Monitoring (PHM) ha acquisito rilevanza negli ultimi decenni, specie nell’aviazione.

"I processi di PHM applicati nel campo della vibro-acustica sono basati sul confronto dei segnali, proprio come facciamo nella nostra mente" dice Federica D'Onofrio Edison Engineering Development Program, del team di Calza. “È possibile insegnare ai computer come farlo addestrando le macchine a ottenere indicazioni su possibili condizioni anomale. In breve, i sistemi attuali consistono in una serie di accelerometri posizionati in punti significativi delle parti di motore aereo allo scopo di  monitorare le caratteristiche del segnale vibratorio e permettere la rilevazione di potenziali problemi". Il difficile, dunque, è catturare il prima possibile i più piccoli sintomi nella cosiddetta “firma vibratoria” – che sarebbe la rappresentazione grafica del segnale – in modo da reagire prontamente.

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"I vantaggi in campo aeronautico sono molteplici e legati nello specifico alla sicurezza, al controllo dell'aeronavigabilità e alla riduzione dei costi, grazie alla Condition Based Maintenance ( ovvero, la manutenzione predittiva in base allo stato effettivo attuale ndr. ). I nostri clienti hanno un grande interesse per questa tecnologia." aggiunge Calza.

In parallelo, i sistemi di Health and Usage Monitoring (HUMS) a bordo di elicotteri forniscono un buon esempio di applicazione su componenti come le trasmissioni meccaniche . Questi sistemi sono stati utilizzati fin dai primi anni '80, e si sono molto diffusi poiché migliorano la sicurezza del velivolo. Ma sono anche sistemi ulteriormente migliorabili, se si considera che gli attuali strumenti PHM non sempre sono sufficientemente sensibili.

Gli ultimi sviluppi, infatti, suggeriscono che i sistemi possono essere notevolmente migliorati attraverso un’estesa e approfondita conoscenza delle caratteristiche dinamiche dei componenti. Avio Aero lavora proprio in questa direzione, in qualità di specialista con una lunghissima esperienza  di progettazione e produzione di componenti e moduli essenziali per i motori aerei. “Sappiamo come ‘ascoltare’ le nostre trasmissioni e possiamo sfruttare le nostre risorse per sviluppare e validare sistemi sempre più avanzati e robusti” dice Calza.

Durante le recenti prove sulla trasmissione  del GE90 , presso il  centro del Sangone (Torino, Italia) , il team è stato in grado disimulare guasti incipienti e misurarne l’evoluzione con sensori ad alta frequenza (misuratori di prossimità, accelerometri e microfoni). A seguito dei test, sono state evidenziate le capacità di alcuni algoritmi avanzati, attualmente in sviluppo, di effettuare diagnosi precoci seguendo l’andamento in tempo reale della firma vibratoria e di alcuni indicatori correlati. "Questo ci ha davvero galvanizzato e spinto verso una più ampia portata e capacità dei futuri sistemi PHM", racconta Alessandra Torri che è Responsabile dei progetti PHM.

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I progetti attivi su questa disciplina hanno una certa rilevanza anche  a livello di ricerca europea - ad esempio i-GEARnell’ambito di  Clean Sky 2 - e hanno l'obiettivo di accelerare e finalizzare l'implementazione di tali sistemi di monitoraggio e prognostica. “In conclusione, miriamo a rilevare se esiste un’anomalia nel modo più tempestivo e affidabile possibile” continua Torri.

La trasformazione digitale dell’health-monitoring è già tangibile, come accade con smartwatch e applicazioni che monitorano i nostri parametri fisici. "La Digital Era favorisce un'applicazione più estesa e di successo per quanto riguarda le trasmissioni aeronautiche" dice Luca Ronchiato, System Gear Dynamics Senior Engineer , che segue la digitalizzazione di questi sistemi. "Il trasferimento e l’analisi dei dati è tanto veloce da consentire il monitoraggio da remoto in tempo reale, e anche la condivisione su  Predix ( il cloud industriale di GE, ndr. ) può aiutarci per aumentare l’efficacia degli algoritmi. Infine, i sensori wireless più innovativi permettono anche installazioni meno invasive e più flessibili da applicare a parti di motore".

Succede anche questo nell’aviazione, la professione (o missione) ingegneristica può elevarsi a quella medica, come dice ironicamente Calza: “se le trasmissioni sono in un certo senso il cuore della propulsione, possiamo dire di saper ascoltare il battito cardiaco di un motore aeronautico."